(57)【要約】【課題】  発光層にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、さらなる輝度の向上を可能にする。【解決手段】  透明な絶縁性基板１上に透明な第１電極２、第１絶縁層３、発光中心を含む発光層４、第２絶縁層５および透明な第２電極６を順次成膜するとともに、発光層４に３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法であって、第１電極２としてその厚さ方向に貫通する貫通穴２ａを有するものを形成し、その上に第１絶縁層３、発光層４、第２絶縁層５まで形成した後に、発光層４へのレーザ照射を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な絶縁性基板（１）上に透明な第１電極（２）、第１絶縁層（３）、発光中心を含む発光層（４）、第２絶縁層（５）および透明な第２電極（６）を順次成膜するとともに、前記発光層（４）に３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法であって、
前記第１電極（２）としてその厚さ方向に貫通する貫通穴（２ａ）を有するものを形成し、その上に前記第１絶縁層（３）、前記発光層（４）、前記第２絶縁層（５）まで形成した後に、前記発光層（４）へのレーザ照射を行うことを特徴とするＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２絶縁層（３、５）は、酸化チタン膜と前記酸化チタン膜以外の金属酸化膜を積層した膜からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】
前記発光層（４）は、少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳのうちのいずれか１つを母体材料として含むものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層にレーザを照射して輝度向上を図るようにしたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＥＬ素子は、ガラスなどの透明な絶縁性基板上に透明な第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層および透明な第２電極を順次成膜することにより製造される。
【０００３】
このようなＥＬ素子においては、輝度の向上を図るために、発光層にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにした製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２４７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＬ素子においては、さらなる輝度の向上が要望されており、レーザ照射による輝度向上を図る場合においても、効率的に輝度を向上可能な方法が必要となってくる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発光層にレーザを照射することにより発光層をアニールし、輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、さらなる輝度の向上を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、鋭意検討を行った。まず、発光層に照射するレーザの波長としては、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍとした。ＥＬ素子を構成する膜において、発光層も含めて第１絶縁層〜第２電極までの４膜は、可視光域でほぼ透明な材料で構成されているため、４２０ｎｍ以上の波長の光は発光層に吸収されず、輝度向上効果が得られない。
【０００７】
また、３２０ｎｍ以下の波長では、絶縁性基板を含めて発光層を挟み込む各膜材料がほぼ１００％、レーザを吸収するため、発光層までレーザが到達せず輝度向上効果が得られない。また、発光層以外の膜がレーザを吸収して、たとえば絶縁層の膜質変化などを引き起こす。そのため、前提として。発光層に照射するレーザの波長としては、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍとした。
【０００８】
そして、このような波長のレーザを輝度をさらに向上させるためには、第１電極に貫通穴を設ければ、貫通穴の部分がその周囲よりも強い発光を生じることが、顕微鏡観察の結果、わかった。本発明は、このような検討結果に基づいて、実験的に見出されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、第１電極（２）としてその厚さ方向に貫通する貫通穴（２ａ）を有するものを形成し、その上に第１絶縁層（３）、発光層（４）、第２絶縁層（５）まで形成した後に、発光層（４）へのレーザ照射を行うことを特徴とする。
【００１０】
それによれば、第１電極（２）に厚さ方向に貫通する貫通穴（２ａ）を形成し、その上に第２絶縁層（５）まで形成した後に、発光層（４）へのレーザ照射を行うことにより、後述する図２に示されるように、さらなる輝度の向上が可能となる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＥＬ素子１００の概略構成を示す図である。この図１において（ａ）は電極構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。なお、図１（ａ）においては、識別容易化のため便宜上、第１電極２、第２電極６にハッチングを施してある。
【００１３】
このＥＬ素子１００は、透明な絶縁性基板１を有しており、この絶縁性基板１の上に、通常のＥＬ素子に用いられる材質からなる透明な第１電極２、第１絶縁層３、発光中心を含む発光層４、第２絶縁層５および透明な第２電極６が、順次積層されて構成されている。
【００１４】
絶縁性基板１は無アルカリガラスや低アルカリガラスなどのガラスや透明な樹脂などからなるが、本例ではガラス基板１である。第１電極２は、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）やＩＺＯなどの透明導電膜からなるもので、本例ではたとえば厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜からなる。
【００１５】
第１絶縁層３および第２絶縁層５は、シリコン酸化膜などの一般的な絶縁膜を採用できるが、酸化チタン膜と酸化チタン膜以外の金属酸化膜を積層した膜からなるものを採用することもできる。
【００１６】
そのような積層膜としては、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層の積層膜であるＡＴＯ膜が挙げられる。このＡＴＯ膜は、Ａｌ2Ｏ3層の原料としてＡｌＣｌ3およびＨ2Ｏを用いＴｉＯ2層の原料としてＴｉＣｌ4およびＨ2Ｏを用いて、ＡＬＤ（原子層成長法）により成膜することができる。
【００１７】
本例では、各絶縁層３、５としてＡＴＯ膜を採用しており、その膜構成は、たとえば、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層とも、１層当たりの厚さを５ｎｍとし、それぞれ６層積層した構造とすることができる。
【００１８】
また、各絶縁層３、５としては、このＡＴＯ膜におけるＡｌ2Ｏ3層の代わりに該Ａｌ2Ｏ3層より誘電率の大きなＨｆＯ2層やＺｒＯ2層を用いたものが挙げられる。これらについては、おのおの原料ガスとしてＨｆＣｌ4やＺｒＣｌ4を用いれば成膜できる。膜厚の設定は上述したＡｌ2Ｏ3層と同様に考えればよい。ただし、これらのものは誘電率が大きいため、容量を同じにすれば積層数を多くできるので、耐圧を高くし信頼性を向上させることができる。
【００１９】
発光層４は、ＺｎＳ、ＳｒＳやＣａＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎなどを添加した一般的なものを採用でき、その膜厚としては５０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。本例では、発光層４は、ＺｎＳ：Ｍｎからなるものである。
【００２０】
また、第２電極６は、第１電極２と同様に、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜からなるもので、本例では、第１電極２と同様に、たとえば厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜からなる。
【００２１】
ここで、本ＥＬ素子１００においては、第１電極２および第２電極６は、互いに直交するストライプ形状に形成されており、第１電極２と第２電極６の交点に所定の電圧が印加されると、その部分が発光する。
【００２２】
ここで、本実施形態では、第１電極２には、その厚さ方向に貫通する貫通穴２ａが形成されている。この貫通穴２ａの数や形状は、特に限定するものではないが、本例では、ストライプ状をなす第１電極２の延びる方向に、複数個のストライプ状の貫通穴２ａが形成されている。
【００２３】
ここでは、複数個の貫通穴２ａにおける個々の貫通穴２ａの幅ｓと、配列のピッチｌとは、おおよそ等しく、ｓ＝ｌ＝１０μｍ程度である。もちろん、幅ｓとピッチｌとは異なる寸法であってもよい。このような貫通穴２ａは、第１電極２を形成するときのフォトリソグラフ工程において同時にパターニングすることで形成可能である。
【００２４】
次に、本実施形態のＥＬ素子１００の製造方法について述べる。
【００２５】
具体的には、絶縁性基板１の上に、スパッタやフォトリトグラフ技術を用いてＩＴＯからなり上記貫通穴２ａ有する第１電極２を形成し、その上に、ＡＬＤ法によりＡＴＯ膜からなる第１絶縁層３を形成し、続いて、蒸着法によりＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層４を形成し、その上に、第１絶縁層３と同様にして第２絶縁層５を形成し、さらに、第１電極２と同様に第２電極６を形成する。
【００２６】
ここにおいて、第２絶縁層５を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザを発光層４に照射する。この場合、第２絶縁層５の成膜後であれば、第２電極６の成膜前でも成膜後でもよい。また、レーザ照射は、絶縁性基板１側からでも第２絶縁層５側からでもどちらでもよい。
【００２７】
次に、第１電極２に貫通穴２ａを設けた場合に、上記波長のレーザを照射したときに、どのように輝度特性が変化するかを説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態の製造方法によって作製されたＥＬ素子１００の電圧−輝度特性を示す図である。
【００２９】
ここでは、第１電極２と第２電極６にＩＴＯ膜を用い、第１絶縁層３と第２絶縁層５には厚さ１８０ｎｍのＡＴＯ膜を用い、発光層４には厚さ３００ｎｍのＺｎＳ：Ｍｎ膜を用いた。
【００３０】
図２において、曲線２１は、第１電極２において上記幅ｓ、ピッチ１が各々ｌ＝ｓ＝１０μｍのストライプ状である貫通穴２ａを形成し、第２電極６を形成した後に、波長が３５５ｎｍ、発振周波数８０ＭＨｚ、フルエンス５．２μＪ／ｃｍ2のレーザを３０秒照射した後の電圧―輝度特性である。
【００３１】
１ｃｄ／ｍ2の輝度になる電圧をＶｔｈとし、このＶｔｈよりも２０Ｖ高い電圧をＥＬ素子１００に印加したときの輝度をＬ２０と定義すると、本実施形態のＥＬ素子の特性を示す曲線２１においては、Ｖｔｈ：５８．４Ｖ、Ｌ２０：１３０９ｃｄ／ｍ2となった。なお、輝度計はφ０．５ｍｍで測定しており、この輝度は、貫通穴２ａも含めた第１電極２の全体の輝度を示している。
【００３２】
なお、図２において、曲線２２、２３は比較例であり、曲線２２は、第１電極２に貫通穴を設けない場合に、上記曲線２１のものと同様の条件でレーザを照射した場合の電圧―輝度特性である。このとき、Ｖｔｈ：６０．８Ｖ、Ｌ２０：７０２ｃｄ／ｍ2であった。
【００３３】
また、曲線２３は、曲線２２のＥＬ素子構造と同等であってレーザを照射していない場合の特性で、Ｖｔｈ：７０．４Ｖ、Ｌ２０：１２０ｃｄ／ｍ2である。いずれの曲線２１〜２３の場合も、輝度測定には２４０Ｈｚの正弦波を用いた。
【００３４】
この図２に示されるように、第１電極２に貫通穴２ａを形成した本実施形態のＥＬ素子１００は、貫通穴を設けないものに比べて、輝度が高くなっていることがわかる。
【００３５】
このように、第１電極２に貫通穴２ａを設けると輝度が高くなる理由としては、詳細は不明であるが、本発明者が顕微鏡により微視的な観察を行ったところ、第１電極２において、貫通穴２ａの開口縁部から貫通穴２ａの部分が、それ以外の部分に比べて発光が強く輝度が大きくなっていることが確認された。
【００３６】
このようにレーザ照射を行った場合に、貫通穴２ａの部分にて輝度が向上することで、全体として輝度が向上していると考えられる。ただし、これも、メカニズムは不明であるが、第１電極２に貫通穴２ａを形成しても、レーザ照射を行わないＥＬ素子においては、輝度向上はみられず、かえって、貫通穴によって第１電極２の面積が減少した分、輝度が低下した。
【００３７】
上記したレーザ照射を行う本実施形態の製造方法において、第１電極２に貫通穴２ａを形成した場合に輝度が向上することは、最高電圧を印加したときの輝度が高くなるのではなく、貫通穴２ａの部分の輝度が大きくなった分、発光の減衰が小さいことが原因であると考えられる。
【００３８】
そこで、印加電圧によって、発光波形がどのように変化するかを調べた。図３は、印加電圧と発光波形との関係を示す図である。
【００３９】
図３において、印加電圧波形は曲線３０で示す。また、曲線３１は、第１電極２において、ｌ＝ｓ＝１０μｍにてストライプ状に貫通穴２ａを形成した本実施形態の発光波形の例であり、曲線３２は第１電極２に貫通穴を設けない比較例としての発光波形である。本実施形態では、比較例に比べて、発光の減衰が小さくなっていることが確認された。
【００４０】
次に、第１電極２に形成する貫通穴２ａの幅ｓを変えて輝度変化を調べた。その結果を、図４に示す。ここでは、貫通穴２ａの幅ｓとピッチｌとがｓ＝ｌの場合に、これら幅ｓおよびピッチｌの大きさを変えて、輝度の変化を調べた。
【００４１】
このときのサンプルは、上記図２の曲線２１におけるＥＬ素子において幅ｓおよびピッチｌの大きさを変えたものとした。また、レーザは、波長が３５５ｎｍ、発振周波数が５０ｋＨｚ、フルエンス５９ｍＪ／ｃｍ2で５．６ｍｓｅｃ照射した。そして、輝度測定は２４０Ｈｚの正弦波で行った。
【００４２】
図４に示されるように、貫通穴２ａの幅ｓとピッチｌが小さくなるにつれて、輝度の向上が見られる。なお、貫通穴２ａの幅ｓが１００μｍよりも大きくなると、貫通穴２ａが人間の目で見えるようになるので、１００μｍ以下程度が好ましい。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、第１電極２としてその厚さ方向に貫通する貫通穴２ａを有するものを形成し、その上に第１絶縁層３、発光層４、第２絶縁層５まで形成した後に、発光層４へ３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザ照射を行うことにより、さらなる輝度の向上が可能となる。
【００４４】
また、第１絶縁層３および第２絶縁層５としては、酸化チタン膜と酸化チタン以外の金属酸化膜の積層膜からなることが好ましい。この理由について、説明する。まず、ＥＬ素子は、矩形波で発光するために、その対称性が輝度向上に影響を与えるので、これらの２つの絶縁層３、５は同一構造であることが望ましい。
【００４５】
また、レーザが照射されたＥＬ素子１００は、直流電圧成分によっても発光が生じるために、できるだけ直流耐圧が優れている絶縁膜が望ましい。さらに、発光層４がレーザーによってアニールされても、クラックが生じにくい膜が望まれる。そのような絶縁層３、５として、上記した積層膜が好ましい。
【００４６】
また、発光層４の材料としては、ＺｎＳ以外にも、ＳｒＳやＣａＳについても、上記図３と同様の傾向が得られており、これらの発光層材料についても、本実施形態の製造方法は効果がある。
【００４７】
また、上記図１では、第１電極２にストライプ状の貫通穴２ａが形成されている例を示したが、この貫通穴は格子状に開口されていてもよいし、円状や多角形の穴として形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＬ素子の概略構成を示す図である。
【図２】上記実施形態のＥＬ素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図３】印加電圧と発光波形との関係を示す図である。
【図４】第１電極に形成する貫通穴の幅と輝度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…絶縁性基板、２…第１電極、２ａ…貫通穴、３…第１絶縁層、４…発光層、
５…第２絶縁層、６…第２電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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